Des chercheurs de l'ETH Zurich ont développé un revêtement écologique pour murs et plafonds, qui retient temporairement l'humidité et assure ainsi le confort des espaces intérieurs très fréquentés. Ces éléments de revêtement sont fabriqués à partir de déchets minéraux et par impression 3D.
Qu'il s'agisse de la salle de réunion d'un immeuble de bureaux, de l'espace d'exposition d'un musée ou de la salle d'attente d'un bureau gouvernemental : dans ces lieux, de nombreuses personnes se rassemblent et l'air devient rapidement dense. Cela est dû, entre autres, à l'augmentation de l'humidité. Les systèmes de ventilation sont aujourd'hui couramment utilisés dans les bureaux et les immeubles administratifs pour déshumidifier les pièces et assurer le confort intérieur. La déshumidification mécanique des pièces est fiable, mais elle consomme de l'énergie et, selon la quantité d'électricité utilisée, contribue à la pollution climatique.
Dans ce contexte, une équipe de chercheurs de l'ETH Zurich a étudié une nouvelle approche de déshumidification passive des espaces intérieurs. Dans ce contexte, le terme « passif » signifie qu'une humidité élevée est absorbée par les murs et les plafonds et y est temporairement stockée. L'humidité n'est donc pas dissipée dans l'environnement par un système de ventilation mécanique, mais stockée temporairement dans un matériau hygroscopique retenant l'humidité, puis libérée lors de la ventilation de la pièce. « Notre solution est recommandée pour les pièces très fréquentées pour lesquelles les systèmes de ventilation installés sont insuffisants », explique Guillaume Habert, professeur de construction durable, qui a supervisé le projet de recherche de l'ETH.
Déchets provenant de l'extraction du marbre
Habert et son équipe de recherche ont suivi le principe de l'économie circulaire pour trouver un matériau hygroscopique adapté. Ils ont utilisé des déchets finement broyés provenant de carrières de marbre. Pour fabriquer des éléments de murs et de plafonds absorbant l'humidité à partir de cette poudre, un liant est nécessaire. Cette tâche est assurée par un géopolymère, une classe de matériaux composée de métakaolin (utilisé dans la production de porcelaine) et d'une solution alcaline (silicate de potassium et eau). La solution alcaline active le métakaolin et, par la suite, fournit un liant géopolymère, qui lie la poudre de marbre pour former un matériau de construction solide. Ce liant géopolymère est comparable au ciment, mais émet moins de CO₂ lors de sa production.
Dans le cadre du projet de l'ETH, les scientifiques ont réussi à produire un prototype d'élément de mur et de plafond de 20 x 20 cm et de 4 cm d'épaisseur. La production a été réalisée par impression 3D au sein du groupe dirigé par Benjamin Dillenburger, professeur de technologies numériques de construction. Ce procédé consiste à appliquer la poudre de marbre en couches successives et à la lier à l'aide d'un liant géopolymère (technologie d'impression par jet de liant). « Ce procédé permet de produire efficacement des composants aux formes les plus diverses », explique Benjamin Dillenburger.
Les composants résistants à l'humidité augmentent le confort
Combiner géopolymère et impression 3D pour créer un système de stockage d'humidité constitue une approche innovante de la construction durable. La physicienne du bâtiment Magda Posani a mené les recherches sur les propriétés hygroscopiques du matériau à l'ETH Zurich avant de rejoindre récemment l'Université Aalto d'Espoo, en Finlande, comme professeure. Le projet s'appuie sur les thèses de doctorat de Vera Voney, spécialiste des matériaux, supervisée par Coralie Brumaud, chercheuse principale, et de l'architecte Pietro Odaglia, qui a développé le matériau et l'imprimante 3D à l'ETH.
« Nous avons pu démontrer, grâce à des simulations numériques, que les éléments de construction peuvent réduire significativement l'humidité dans les espaces intérieurs très fréquentés », résume Magda Posani, principal résultat du projet de recherche. Pour la simulation, on a supposé que les murs et le plafond d'une salle de lecture utilisée par 15 personnes dans une bibliothèque publique de Porto, au Portugal, étaient entièrement revêtus d'éléments de construction hygroscopiques. Magda Posani a calculé, pour la salle de lecture virtuelle, la fréquence et l'ampleur des dépassements de la zone de confort, soit 40 à 60 % d'humidité relative, au cours de l'année. Elle a ensuite calculé un indice d'inconfort, un chiffre qui exprime la perte de confort due à une humidité excessive ou insuffisante. Lorsque la salle de lecture était équipée d'éléments retenant l'humidité, l'indice d'inconfort était réduit de 75 % par rapport à un mur peint classique. Avec des éléments de 5 cm d'épaisseur au lieu de 4 cm seulement, l'indice d'inconfort était même réduit de 85 %.
Plus respectueux du climat que les systèmes de ventilation
Les éléments hygroscopiques des murs et plafonds sont respectueux du climat : ils produisent significativement moins d'émissions de gaz à effet de serre sur un cycle de vie de 30 ans qu'un système de ventilation qui déshumidifie l'air dans la même mesure. Lors des simulations, les éléments des murs et plafonds ont également été comparés à un enduit d'argile, une technique traditionnelle qui régule passivement l'humidité intérieure. Cette technique ancestrale s'est avérée plus respectueuse du climat que les éléments de construction hygroscopiques. Cependant, l'enduit a une capacité de stockage de vapeur d'eau plus faible.
Les travaux de l'ETH Zurich démontrent que la combinaison de géopolymères et d'impression 3D permet de produire des éléments de murs et de plafonds qui amortissent efficacement l'humidité. Suite à cette validation de principe, la technologie est en principe prête à être développée et transposée à l'échelle industrielle. Les recherches se poursuivent en parallèle. Dans le cadre d'un projet avec l'École polytechnique de Turin et l'Université Aalto, l'ETH Zurich travaille à la production d'éléments de murs et de plafonds en réduisant encore davantage les émissions de gaz à effet de serre. Une chose est sûre : si la Suisse veut atteindre son objectif de zéro émission nette d'ici 2050, elle a besoin de bâtiments produisant le moins d'émissions de gaz à effet de serre possible pendant la construction et l'exploitation.
publication originale
Posani, M, Voney, V, Odaglia, P, Du, Y, Komkova, A, Brumaud, C, Dillenburger, B, Habert, G. Régulation de l'humidité intérieure à faible émission de carbone grâce à des composants de construction superhygroscopiques imprimés en 3D. Nature Communications, 10 janvier 2025. DOI : 10.1038/s41467-024-54944-1.
Lire aussi
Des progrès significatifs ont été réalisés dans le recyclage des batteries usagées | Pugnalom
